Czy grafen ujawnia ukryte częstotliwości spektrum elektromagnetycznego?


Wzmacniacz częstotliwości oparty na grafenie pozwoli na wykorzystanie nieuchwytnych fal terahercowych do komunikacji, umożliwiając rozwój rewolucyjnych technologii.

Nowa Era dla technologii medycznych, kosmologicznych i innych

Fale terahercowe (THz) leżą pomiędzy mikrofalami a podczerwienią w spektrum częstotliwości światła, ale ich niska energia uniemożliwiała naukowcom wykorzystanie ich potencjału.

Zagadnienie to znane jest w kręgach naukowych jako luka terahercowa.

Zdolność do wykrywania i wzmacniania fal THz (promieniowanie T) otworzyłaby nową erę dla technologii medycznych, komunikacyjnych, satelitarnych, kosmologicznych i innych.

Jednym z najważniejszych zastosowań byłoby stworzenie bezpiecznej i nieniszczącej alternatywy dla promieniowania rentgenowskiego. Do tej pory jednak nie można było stosować fal o długości od 3 milimetrów do 30 pikometrów z powodu stosunkowo słabych sygnałów ze wszystkich istniejących źródeł.

Wykorzystując grafen i wysokotemperaturowy półprzewodnik, zespół fizyków stworzył nowatorski tranzystor optyczny, który działa jako wzmacniacz THz.

Fizyka stojąca za wzmacniaczem opiera się na właściwościach grafenu, który jest przezroczysty i niewrażliwy na światło, a jego elektrony nie mają masy. Wzmacniacz składa się z dwóch warstw grafenu i nadprzewodnika, który niczym kanapka zatrzymuje między nimi bezmasowe elektrony grafenu.

Urządzenie, opisane w Physical Review Letters, jest podłączone do źródła zasilania. Kiedy promieniowanie THz uderza w zewnętrzną warstwę grafenu, cząsteczki uwięzione wewnątrz łączą się z wychodzącymi falami, nadając im większą moc i energię niż te, z którymi przybyły, wzmacniając je.

Profesor Fedor Kusmartsev z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Loughborough powiedział w oświadczeniu: "Urządzenie ma bardzo prostą strukturę, składającą się z dwóch warstw grafenu i nadprzewodnika, które tworzą kanapkę. Kiedy światło THz pada na kanapkę, odbija się w niej jak w lustrze.

"Głównym punktem jest to, że więcej światła jest odbijane niż spada na urządzenie. To działa, ponieważ energia zewnętrzna jest dostarczana przez baterię lub przez światło padające z innych częstotliwości wyższych w widmie elektromagnetycznym," powiedział.

"Fotony THz są przekształcane przez grafen w bezmasowe elektrony, które z kolei są przekształcane z powrotem w odbite i naenergetyzowane fotony THz. Dzięki takiej konwersji, fotony THz absorbują energię z grafenu lub baterii, a słabe sygnały THz są wzmacniane."